AT501335B1 - Ventilbetätigungseinrichtung - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Ventilbetätigungseinrichtung, insbesondere für eine Hubkolbenmaschine, mit zumindest einem mindestens ein Hubventil betätigenden Aktuator, wobei ein Betätigungskolben des Aktuators mit einem Ventilschaft des Hubventils verbunden ist, wobei der Betätigungskolben über zumindest ein Verbindungsglied mit mindestens einem Ventilkegelstück 5 auf den Ventilschaft einwirkt, wobei der Betätigungskolben über zumindest eine konische Innenfläche an zumindest einer konischen Außenfläche zumindest eines Ventilkegelstückes angreift, und wobei das Ventilkegelstück sich zumindest in Richtung des den Betätigungskolben zugewandten Ventilschaftendes verjüngt. io Aus der JP 2004-084670 A ist eine Ventilbetätigungseinrichtung für ein Hubventil einer Brennkraftmaschine mit einem hydraulischen doppelwirkenden Aktuator bekannt. Der Ventilschaft des Hubventils ist mit einem an Druckräume grenzenden Kolben verbunden, welcher durch Druckbeaufschlagung der Druckräume zwischen zwei Endlagen verschiebbar ist. 15 Die DE 101 16 218 A1 beschreibt eine Verbindung zwischen einem Schaftende eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine und einem hülsenförmigen Stellkolben eines Ventilstellers, mit wenigstens zwei das Schaftende umschließenden, schalenförmigen Keilstücken, an deren radial äußerer Umfangsfläche ein in einer von einem Brennraum der Brennkraftmaschine wegweisenden Richtung sich konisch verjüngender Abschnitt vorhanden ist, der kom-20 plementär zum Keilwinkel eines radial inneren, konischen Abschnittes einer die Keilstücke umfassenden Konusspannhülse verläuft. Die Konusspannhülse und die Keilstücke sind axial gegeneinander verspannbar. An der radial inneren Umfangsfläche der Keilstücke und an der radial äußeren Umfangsfläche des Schaftendes des Gaswechselventils sind ineinander greifende Vorsprünge und Ausnehmungen vorgesehen. Die Konusspannhülse ist dabei direkt durch 25 den Stellkolben gebildet, wobei der Stellkolben und die Keilstücke ineinander schraubbare Gewindeabschnitte aufweisen. An eine dem Öffnungskolben abgewandte Ringfläche der Keilhülse greift ein Schließkolben an, welcher durch Druckbeaufschlagung in einem an den Schließkolben grenzenden Arbeitsraum das Einlassventil über die Keilhülse in Schließposition bringt. Der Schließkolben ist dabei nur lose mit den Keilstücken verbunden, so dass es bei 30 Druckentlastung des Arbeitsraumes zu einem Ablösen des Schließkolbens von den Keilstücken kommen kann, was eine zusätzliche Geräuschentwicklung verursacht. Da die Keilstücke direkt mit dem Stellkolben verschraubt sind, ist eine entsprechend große Dimensionierung der Keilstücke erforderlich. Dies wirkt sich aber nachteilig auf die Baugröße aus. 35 Die DE 102 56 242 A1 offenbart einen Ventilsteller zur Betätigung eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine, wobei ein hülsenförmiger Stellkolben, der mit einem Ventilschaft verschraubt ist, Keilstücke umschließt, die in Nuten, bzw. Vorsprünge des Ventilschaftes ein-greifen. Durch die Verschraubung zwischen Stellkolben und Ventilschaft wird der Stellkolben gegen die Keilstücke gepresst. Nachteilig ist, dass der Ventilschaft mit einem Gewinde verse-40 hen werden muss, was den Herstellungsaufwand erhöht.

Weiters ist aus der DE 100 40 114 A1 eine Verbindung zwischen einem Schaftende eines Gaswechselwechselventils einer Brennkraftmaschine und einem Stellglied eines Ventilstellers bekannt, welche wenigstens zwei das Schaftende umschließende, sich am Stellglied abstüt-45 zende schalenförmige Keilstücke aufweist, deren radial äußere Umfangsfläche konisch verläuft und welche von wenigstens einer Konusspannhülse umfasst sind. Das Stellglied ist dabei mit einem Spannkörper verschraubt, welcher über eine Spannscheibe die Konusspannhülse gegen die Keilstücke presst. so Aus fertigungstechnischen Gründen ist es vorteilhaft, Betätigungskolben und Ventilschaft als getrennte Teile auszuführen. Problematisch ist dabei allerdings die Anbindung des Aktuators am Ventilschaft, da in Folge von Fertigungstoleranzen es zu Verspannungen im Einbindungsbereich kommen kann. 55 Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und eine weniger fertigungsemp- 3 AT 501 335 B1 findliche Ventilbetätigungseinrichtung vorzuschlagen.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass mit dem Betätigungskolben eine auf den Ventilschaft aufgeschobene Befestigungshülse lösbar verbunden ist, wobei der innere Durch-5 messer der Befestigungshülse größer ist als der Ventilschaftdurchmesser und kleiner ist als der größte Durchmesser des Verbindungsgliedes, so dass die Befestigungshülse an der dem Betätigungskolben abgewandten Seite formschlüssig am Verbindungsglied angreift.

Ventilkegelstücke werden bei herkömmlichen mechanisch betätigten Hubventilen verwendet, io um den Ventilfederteller entgegen der Kraft der Ventilfeder am Ventilschaft abzustützen. Die Ventilkegelstücke sind dabei in eine oder mehrere umlaufende Nuten im Bereich eines Endes des Ventilschaftes so angeordnet, dass die Kegelfläche sich zum Schaftende hin erweitert. Konische Innenflächen des Ventilfedertellers werden durch die Ventilfeder gegen die kegeligen Außenflächen der Ventilkegelstücke gepresst, so dass diese durch die Ventilfederkraft verliersi-15 eher in die Ringnut des Ventilschaftes gedrückt werden.

Beim Gegenstand der Erfindung ist die Ventilkegelanordnung verglichen mit mechanischen Ventilbetätigungseinrichtungen in entgegengesetzter Richtung angeordnet, so dass die Kegelflächen sich zum Schaftende verjüngen. Die Ventilkegelstücke werden dabei vor allem durch 20 die Öffnungskraft des Betätigungskolbens, und nicht oder weniger durch eine Schließkraft einer Ventilfeder, in zumindest eine Aufnahmenut des Ventilschaftes gedrückt. Das Verbindungsglied wird dabei am Betätigungskolben zentriert, wobei eventuelle Toleranzen ausgeglichen werden. Die Toleranzkette zwischen Ventilschaft und Aktuator wird somit reduziert. 25 Der Betätigungskolben ist in die Befestigungshülse eingeschraubt, wobei die Befestigungshülse von der dem Betätigungskolben abgewandten Seite gegen das Verbindungsglied gepresst wird. Somit ist der Betätigungskolben auch in Schließrichtung des Hubventils mit dem Ventilschaft fest verbunden. 30 Um beim Einschrauben des Betätigungskolbens in die Befestigungshülse ein Mitdrehen letzterer zu verhindern, ist es vorteilhaft, wenn die Befestigungshülse am Rand oder an einer Außenfläche zumindest eine vorzugsweise durch zumindest eine Ausnehmung oder Öffnung gebildete Angriffsfläche für zumindest ein Montagewerkzeug aufweist. Weiters ist es zur Erleichterung der Montage günstig, wenn die Befestigungshülse auf der dem Verbindungsglied zugewandten 35 Seite eine ringförmige Aufnahmenut für das Verbindungsglied aufweist. Somit können die Ventilkegelstücke in die Aufnahmenut der über den Ventilschaft geschobenen Befestigungshülse eingesetzt werden. Eine Stufe im Randbereich der Nut gewährleistet die richtige Anordnung der Ventilkegelstücke an der vorbestimmten Position und verhindert deren Verrutschen während der Montage. Danach wird der Betätigungskolben über das Verbindungsglied auf den Ventil-40 schaft geschoben, wobei die Ventilkegelstücke gegen den Ventilschaft gepresst werden.

Der Betätigungskolben kann als Doppelkolben ausgeführt sein, welcher auf den Ventilschaft sowohl in Öffnungs-, als auch in Schließrichtung einwirkt. Dadurch kann die Ventilfeder entfallen. Um im Falle eines Fehlers im Ventilbetätigungssystem das Rückstellen des Hubventils in 45 eine sichere Schließposition zu erzwingen, ist allerdings eine auf das Hubventil in Schließrichtung wirkende Ventilfeder von Vorteil. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Befestigungshülse durch einen Ventilfederteller gebildet ist, auf welchen vorzugsweise eine Ventilfeder in Schließrichtung des Hubventils angreift. so Der Hub des Betätigungskolbens und des Hubventils wird zweckmäßiger Weise begrenzt, wobei vorzugsweise die Hubbegrenzung durch die Befestigungshülse gebildet wird, welche bei maximalem Hub auf einen vorzugsweise durch den Zylinderkopf gebildeten Anschlag anliegt. Im Falle eines Ventilfedertellers kann die Hubbegrenzung durch den Rand des Ventilfedertellers gebildet sein. 55 4 AT 501 335 B1

Die Elastizität des Ventilfedertellers kann hinsichtlich optimaler Dämpfung und gewünschtem Akustik-Verhaltens optimiert werden.

Um eine leichte Montage der Ventilkegelstücke zu ermöglichen, können die Ventilkegelstücke 5 und/oder der Ventilschaft im Bereich der Ventilkegelstücke magnetisiert sein.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert.

Es zeigen Fig. 1 die Ventilbetätigungseinrichtung in einem Längsschnitt in einer ersten Ausfüh-io rungsvariante, Fig. 2 die Ventilbetätigungseinrichtung in einer Seitenansicht gemäß dem Pfeil II in Fig. 1, Fig. 3 die Ventilbetätigungseinrichtung in einem Längsschnitt in einer zweiten Ausführungsvariante und Fig. 4 die Ventilbetätigungseinrichtung in einer Seitenansicht gemäß dem Pfeil IV in Fig. 3. 15 Fpnktionsgleiche Teile sind in den Ausführungsvarianten mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Eine Ventilbetätigungseinrichtung 1 weist einen im Ausführungsbeispiel hydraulisch betätigten Aktuator 2 mit einem in einem Aktuatorzylinder 3 verschiebbar gelagerten Betätigungskolben 4 auf. Der Betätigungskolben 4 ist lösbar mit dem Ventilschaft 5 eines Hubventils 6, beispielswei-20 se einem Gaswechselventil einer Brennkraftmaschine, verbunden. Die Verbindung erfolgt dabei durch ein zumindest zwei Ventilkegelstücke 7 aufweisendes Verbindungsglied 8 und eine Befestigungshülse 9.

Der Betätigungskolben 4 weist dabei an seiner dem Ventilschaft 5 zugewandten Stirnseite 10 25 eine kegelförmige Innenfläche 11 auf, welche sich zur Stirnseite 10 hin erweitert. Die Innenflächen 11 liegen an den Außenflächen 12 des Verbindungsglieds 8 auf. Die Ventilkegelstücke 7 sind mit ihrer entsprechend geformten Innenseite im Ausführungsbeispiel in drei Ringnuten 13 des Ventilschaftes 5 so angeordnet, dass sich die kegelförmigen Außenflächen 12 zum Betätigungskolben 4 zugewandten Ende 14 des Ventilschaftes 5 hin verjüngen. Durch die Kegelflä-30 chen 11,12 werden die Ventilkegelstücke 7 somit in die Ringnuten 13 gedrückt, wenn der Betätigungskolben 4 in Öffnungsrichtung auf das Hubventil 6 einwirkt.

Der Betätigungskolben 4 weist im Bereich seiner Stirnseite 10 ein Außengewinde 15 auf, welches in ein entsprechendes Innengewinde der Befestigungshülse 9 eingeschraubt ist. Die auf 35 den Ventilschaft 5 aufgeschobene Befestigungshülse 9 weist einen Innendurchmesser d! auf, welcher größer als der Ventilschaftdurchmesser d2, aber kleiner als der maximale Durchmesser D des Verbindungsglieds 8 ist. Eine Schulter 16 der Befestigungshülse 9 umfasst dabei das Verbindungsglied 8 in einem den Betätigungskolben 4 abgewandten Bereich. Dadurch ist der Betätigungskolben 4 über die Befestigungshülse 9 und das Verbindungsglied 8 auch in Schließ-40 richtung des Hubventils 6 mit dem Ventilschaft 5 fest verbunden.

Der Betätigungskolben 4 ist vorteilhafterweise doppelwirkend ausgebildet und grenzt zumindest an zwei Arbeitsräume 17, 18, welche abwechselnd mit Druck eines nicht weiters dargestellten Hydrauliksystems beaufschlagbar sind. Dadurch kann sowohl eine Öffnungskraft, als auch eine 45 Schließkraft auf das Hubventil 6 aufgebracht werde. Eine Ventilfeder 19 zum Schließen des Hubventils 6 wäre somit nicht unbedingt erforderlich. Die Fig. 3 und 4 zeigen diesbezüglich eine ventilfederlose Ausführungsvariante. Eine Ventilfeder 19 hat aber den Vorteil, dass bei einer Fehlfunktion, etwa bei Ausfall oder bei Nichtbetrieb des Hydrauliksystems, das Hubventil 6 in eine definierte Schließposition gebracht wird, so dass Folgeschäden bei der Brennkraftmaschi-50 ne vermieden werden können. In der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsvariante wirkt eine Ventilfeder 19 über einen Ventilfederteller 20 und das Verbindungsglied 8 auf den Ventilschaft 5 in Schließrichtung ein. Der Ventilfederteller 20 bildet im Ausführungsbeispiel auch gleichzeitig die mit dem Betätigungskolben 4 verbundene Befestigungshülse 9 aus. 55 Um den maximalen Öffnungshub des Hubventils 6 zu begrenzen, bildet die Befestigungshülse 9

Claims (11)

1. 5 AT 501 335 B1 eine Hubbegrenzung 21 aus, welche bei maximalem Hub auf einen durch den Zylinderkopf 23 gebildeten Anschlag 22 anliegt. In Fig. 1 wird die Hubbegrenzung 21 durch den Rand 24 des Ventilfedertellers 20 gebildet. 5 Um die Montage zu erleichtern, weist die Befestigungshülse 9 in einem dem Verbindungsglied 8 zugewandten Bereich eine durch eine Ringnut gebildete Vertiefung 25, sowie eine Ausnehmung 26 im Bereich des Randes 24 des Ventilfedertellers 20 auf. Der Zusammenbau der Ventilbetätigungseinrichtung 1 erfolgt dabei folgendermaßen: io Die Befestigungshülse 9 wird auf den Ventilschaft 5 entgegen der Kraft der Ventilfeder 19 auf den Ventilschaft 5 so aufgesetzt, dass die Ventilkegelstücke 7 in die Ringnuten 13 eingesetzt werden können. Bei Entlasten der Ventilfeder 19 kommen die Ventilkegelstücke 7 in der Vertiefung 25 zu liegen und werden durch den Rand der Vertiefung 25 in ihrer Position gehalten, so dass ein unbeabsichtigtes Herausfallen aus der festgelegten Position während der Montage 15 verhindert wird. Danach wird der Betätigungskolben 4 auf die Befestigungshülse 9 aufgeschraubt, wobei die Innenflächen 11 des Betätigungskolbens 4 gegen die Außenfläche 12 des Verbindungsglieds 8 gepresst werden. Dadurch ergibt sich eine feste Verbindung zwischen dem Ventilschaft 5 und dem Betätigungskolben 4. Durch die Ventilkegelstücke 7 werden Toleranzen zwischen dem Ventilschaft 5 und dem Betätigungskolben 4 ausgeglichen, so dass tole-20 ranzbedingte mechanische Spannungen weitgehend vermieden werden können. Dadurch wird eine unbehinderte Drehbewegung des Hubventils 6 gewährleistet. Um ein unbeabsichtigtes Verdrehen der Befestigungshülse 9 während des Einschraubens des Betätigungskolbens 4 zu vermeiden, wird während der Montage die Befestigungshülse 9 verdrehgesichert. Dies geschieht dadurch, dass ein hakenartiges Werkzeug durch eine Öffnung 27 in den Raum 28 ein-25 gebracht und in der Ausnehmung 26 verhakt wird. Nach erfolgter Montage wird das Werkzeug wieder entfernt. Nach Aufschrauben des Betätigungskolbens 4 wird ein Abschlussteil 29 im Bereich der dem Ventilschaft 5 abgewandten Stirnseite 30 des Betätigungskolbens 4 in das Gehäuse 31 montiert. 3o Um das Einsetzen der Ventilkegelstücke 7 zu erleichtern, können diese und/oder der Ventilschaft 5 im Bereich der Ringnuten 13 magnetisiert sein. Über die Elastizität des Ventilfedertellers 20 kann gegebenenfalls die Dämpfung beeinflusst werden, um beispielsweise das akustische Verhalten der Ventilbetätigungseinrichtung 1 zu 35 optimieren. Der Aktuator kann hydraulischer, pneumatischer, elektromagnetischer oder piezomagnetischer oder mechanischer Art sein. Die Erfindung eignet sich besonders zur Betätigung von Gaswechselventilen von Brennkraftmaschinen, ist aber ebenso vorteilhaft für andere Betätigungseinrich-40 tungen für Hubventile anwendbar. Patentansprüche: 1. Ventilbetätigungseinrichtung (1), insbesondere für eine Hubkolbenmaschine, mit zumindest einem mindestens ein Hubventil (6) betätigenden Aktuator (2), wobei ein Betätigungskolben (4) des Aktuators (2) mit einem Ventilschaft (5) des Hubventils (6) verbunden ist, wobei der Betätigungskolben (4) über zumindest ein Verbindungsglied (8) mit mindestens einem Ventilkegelstück (7) auf den Ventilschaft (5) einwirkt, wobei der Betätigungskolben (4) über so zumindest eine konische Innenfläche (11) an zumindest einer konischen Außenfläche (12) zumindest eines Ventilkegelstückes (7) angreift, und wobei das Ventilkegelstück (7) sich zumindest in Richtung des den Betätigungskolben (4) zugewandten Ventilschaftendes (14) verjüngt, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Betätigungskolben (4) eine auf den Ventilschaft (5) aufgeschobene Befestigungshülse (9) lösbar verbunden ist, wobei der innere 55 Durchmesser (dü der Befestigungshülse (9) größer ist als der Ventilschaftdurchmesser (d2) 6 AT 501 335 B1 und kleiner ist als der größte Durchmesser (D) des Verbindungsgliedes (8), so dass die Befestigungshülse (9) an der dem Betätigungskolben (4) abgewandten Seite formschlüssig am Verbindungsglied (8) angreift.
2. 2. Ventilbetätigungseinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Be festigungshülse (9) durch einen Ventilfederteller (20) gebildet ist, auf welchen vorzugsweise eine Ventilfeder (20), besonders vorzugsweise in Schließrichtung des Hubventils (6), angreift. io 3. Ventilbetätigungseinrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (2) eine Hubbegrenzung aufweist.
3. 4. Ventilbetätigungseinrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Hubbegrenzung durch die Befestigungshülse (9) gebildet ist, welche bei maximalem Öffnungs- 15 hub auf einem vorzugsweise durch den Zylinderkopf (23) gebildeten Anschlag aufliegt.
4. 5. Ventilbetätigungseinrichtung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Hubbegrenzung durch den Rand (24) des Ventilfedertellers (20) gebildet ist.
5. 6. Ventilbetätigungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeich net, dass das Verbindungsglied (8) verdrehbar mit dem Ventilschaft (5) verbunden ist, wobei vorzugsweise ein Ventilkegelstück (7) in mehrere Ringnuten (13) des Ventilschaftes (5) eingreift.
6. 7. Ventilbetätigungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeich net, dass die Befestigungshülse (9) am Rand (24) oder an einer Außenfläche zumindest eine vorzugsweise durch eine Ausnehmung (26) oder Öffnung gebildete Angriffsfläche für zumindest ein Montagewerkzeug aufweist.
7. 8. Ventilbetätigungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeich net, dass die Befestigungshülse (9) auf der dem Verbindungsglied (8) zugewandten Seite eine vorzugsweise kreisförmige Vertiefung (25) für die Verbindungsglied (8) aufweist.
8. 9. Ventilbetätigungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeich- 35 net, dass die Ventilkegelstücke (7) und/oder der Ventilschaft (5) zumindest im Bereich des Verbindungsgliedes (8) magnetisiert sind.
9. 10. Ventilbetätigungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Elastizität des Ventilfedertellers (20) an das gewünschte Dämpf- und Akustik- 40 verhalten der Ventilbetätigungseinrichtung (1) angepasst ist.
10. 11. Ventilbetätigungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Betätigungskolben (4) als Doppelkolben ausgebildet ist, welcher sowohl in Öffnungs- als auch in Schließrichtung auf das Hubventil (6) einwirkt. 45
11. 12. Ventilbetätigungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Hubventil (6) ventilfederlos ausgeführt ist. so Hiezu 1 Blatt Zeichnungen 55